3D空间数据可视化和分析.ppt

3D显示和3D分析的基本概念3D显示基本概念ArcScene环境中的3D显示3D分析3D显示显示3D空间中空间数据的分布. 与2D平面显示器相比，3D显示更加直观生动. . 三维显示包括两个方面: 三维显示对象的位置. 根据对象的X，Y和Z坐标将其显示在三维空间中. 3D显示对象形状. 根据对象的长度，宽度和高度信息显示3D显示对象的形状. 三维显示对象的位置通常用于显示地球表面的地形，还可以显示某些现象的三维特征，例如温度和空气污染. 用于物体位置的三维显示的数据可以是矢量数据或光栅数据. 其中，矢量数据可以是作为对象的记录，也可以是作为对象的记录中的顶点. 对于栅格数据，对象是栅格. 可以通过以下方式确定对象的Z值: 常数或字段表达式DEM数据中相应位置的高程值. 形状字段的Z坐标值. 3D显示对象形状用于显示建筑物，独立树木和市政设施. 有多种方法可以在三个维度上显示对象的形状: 根据对象的高度进行拉伸显示；根据对象的高度进行拉伸. 将对象的几何类型定义为多面体arcscene中的三维符号，并根据对象的形状构建多面体；使用三维符号表示对象. 根据对象的高度拉伸显示，即点拉伸是一条线，线拉伸是一个面，而面拉伸是一个身体.

此方法可以轻松显示三维对象，但是显示形式相对简单. Multipatch是ArcGIS 9.0之后引入的一种新型几何. 它是由一系列三维表面组成的3D体积模型. Multipatch不仅可以记录3D坐标信息，还可以记录表面纹理信息. 三维符号是二维符号特性的扩展. 除了XY方向的特性外，它们还具有Z方向的特性. 例如，二维点符号类似于三维球符号，二维线符号类似于三维管状符号，二维正方形符号类似于三维立方体符号. 3D显示的基本概念ArcScene环境中的3D显示3D分析ArcScene环境ArcScene是ArcGIS Desktop的应用程序，用于3D显示空间数据. ArcScene主要以透视图形式显示三维空间数据. 与ArcMap中的工具栏相比，ArcScene的工具栏添加了6个新工具. 导航: 旋转空间数据. 按住一个点并向右移动鼠标以逆时针旋转数据. 向左移动可顺时针旋转. 向上移动以向后翻转；向下移动以向前翻转. 飞行: 空间数据将沿着特定方向自动以特定速度飞行. 当鼠标移动时，空间数据将以相反的方向飞行；单击鼠标右键和鼠标左键将更改移动速度.

放大/缩小: 按住一个点，鼠标向右或向下arcscene中的三维符号，数据被放大；向左或向上，数据将缩小. 目标上居中: 单击的目标显示在中心上. 缩放到目标: 鼠标单击的目标居中并放大. 设置观察者: 将鼠标单击的目标用作观察点，并将观察点与中心点之间的连接用作显示的观察方向. 设置对象的Z值打开所选图层的属性对话框，然后单击“基本高度”选项卡以设置对象的Z值. Z值的设置包括使用表达式，使用数字高程模型以及使用形状字段的Z坐标值（如图所示，包括Z坐标值）. 因为Z值的变化范围通常比XY坐标的变化范围小，所以为了反映Z值的变化，可以将Z值乘以系数以放大垂直方向上的显示比例并增加高度波动. 对于Z值，也可以设置偏移值. 对象拉伸显示打开所选图层的属性对话框，然后单击“拉伸”选项卡以设置对象的拉伸值. 拉伸值通常是一个字段值，例如建筑物或表达式的高度. 如果只有建筑物编号字段，则拉伸值可以是层数字段乘以3. 如果拉伸效果不明显，可以将其乘以一个因子以增加垂直显示比例. 如果对象（线和面）的基本标高不是水平的，则需要确定是否将拉伸值添加到最小标高，最大标高或特定标高.

创建Multipatch要素类当前，ArcGIS Desktop可以创建新的Multipatch要素类，但是您不能直接在ArcMap环境中对其进行编辑. 您只能通过AO编程方法来编辑Multipatch要素类. 您还可以以编程方式将其他软件创建的3D模型转换为Multipatch元素. 3D符号在ArcGIS中，有许多类型的3D符号. 其中，3D点符号包括简单的3D点符号（例如立方体，圆锥体等），3D字符符号以及由其他3D建模软件生成的3D符号. 3D线符号包括简单的3D符号. 线符号（例如管道），纹理线符号； 3D多边形符号包括纹理填充符号. 在ArcGIS中，有多个3D符号集，包括3D基础，3D建筑，3D工业，3D住宅，3D街道家具，3D树和3D车辆. 其中，3D Basic包括基本3D点符号，线填充符号，多边形填充符号，其他则是3D点符号. 在符号选择对话框中，单击“更多符号”以显示可用的符号集. 勾选需要使用的符号. 符号集中的所有符号都将添加到左侧的符号显示窗口中，供用户使用.

如果需要编辑符号或使用其他3D符号，则可以打开符号属性编辑器进行操作. 使用“符号属性编辑器”，您可以: 调用3D字符符号（点）. 将3D模型导入为点符号（当前支持的3D模型格式包括3ds，flt，skp和wrl）. 调用简单的3D线符号. 编辑符号，包括设置符号的颜色和尺寸. 现有符号被设计为一定大小. 选择世界单位，然后单击设置实际大小. 将显示符号的设计尺寸. 在小比例尺的情况下，某些符号将不会显示，并且尺寸需要更改. 演示使用现有的3D点符号来显示建筑物，独立的树木和汽车. 导入由Creator创建的3D模型以显示点要素. 以简单的三维线符号（圆柱）显示水管. 显示带有多边形填充符号（Grass3）的草. 3D显示的基本概念ArcScene环境中的3D显示3D分析ArcGIS Desktop中的3D Analyst集成了常用的3D分析功能，包括生成数字高程模型（DEM），数据转换和表面分析. 在ArcMap环境中，添加3D Analyst工具栏，然后选中“扩展”对话框. 生成数字高程模型（DEM）DEM是用于3D显示地形的基本数据.

DEM数据有两种主要形式: 规则网格和不规则三角形. 规则网格通常是正方形，但也可以是规则网格，例如矩形或三角形. 规则网格将区域空间划分为规则网格单元，每个网格单元对应一个值. 三角不规则网络（TIN）根据区域中的一组有限点将区域划分为相连的三角形多边形网格. 三角形表面的形状和大小取决于不规则分布的测量点的位置和密度. 在ArcGIS中生成DEM的方法有两种: 使用高程信息对点图层进行空间插值以生成网格数据. TIN数据是根据具有高程信息的点，线和面数据生成的. 生成TIN数据可以使用包含高程信息的点，线和面要素类来生成TIN数据，即，首先生成一个点集（所有点要素以及线和多边形的顶点），然后生成一个三角形多边形网格基于点集. 生成TIN数据时，可以将线要素（或多边形边界线）添加到TIN曲面. 添加了两种类型的线: 硬线和软线. 硬线将根据线的高程信息（例如道路，供水系统等）更改TIN表面. 软线仅将线的信息叠加在TIN表面上，而不更改TIN表面，例如行政区域分割线. 生成TIN数据时，还可以使用多边形定义数据处理区域并设置该区域的高程和属性值.

剪辑: 仅生成多边形范围内的TIN数据. 擦除: 不生成多边形范围内的TIN数据. 替换: 多边形级别的TIN数据被分配了相同的海拔值，例如同一湖泊的海拔. 填充: 为多边形中的所有三角形分配一个整数属性值. 将数据转换为3D要素: 转换为其Shape字段包含Z值的要素类. 栅格转要素: 栅格数据转换为具有包含Z值的Shape字段的要素类. 栅格转TIN: 栅格数据转换为TIN数据. TIN到栅格: TIN数据转换为栅格数据. TIN转换为要素: TIN数据被转换为其Shape字段包含Z值的要素类. 表面分析生成坡度图生成坡度图生成轮廓视觉分析生成阴影图生成高度轮廓视图生成最陡峭的路径计算面积和体积计算切割/填充量生成坡度图地面上的一点可以作为基础高度差和相邻点之间距离的梯度用于计算斜率，通常将最大斜率称为该点的斜率. 对于网格类型的DEM数据，可以计算每个网格和相邻8个网格的斜率；对于TIN形式的DEM数据，可以计算每个三角形的三个顶点的斜率. 斜率的单位可以是度或百分比.

在“表面分析”下单击“坡度”以显示“生成坡度”对话框. 在此对话框中，用户可以定义输出网格的大小和输出网格的存储位置. 生成纵横比图纵横比是指坡度的方向，沿顺时针方向测量，单位为度（0-360度）. 单击“表面分析”下的“纵横比”以显示“生成纵横比”对话框. 在对话框中，用户可以定义输出栅格的大小和输出栅格的存储位置. 生成轮廓线轮廓线（或轮廓线）是同一条线上具有相同值（高程或其他属性值）的点. 使用DEM生成轮廓线是基于现有的高程数据，通过插值来跟踪某个高程值的轮廓线. 单击“曲面分析”下的轮廓，将显示“生成轮廓”对话框. 在对话框中，用户可以定义参数，例如初始轮廓线和轮廓线之间的间隔. 您也可以使用“生成轮廓工具”单击DEM上的一个点，以在该点的高度生成轮廓图形. 视觉分析视觉分析包括视线分析和视域分析. 视线分析是分析观察点和目标点之间的直线上哪些部分可见，哪些部分不可见. 可见部分通常用绿色表示，不可见部分通常用红色表示. 单击生成视线工具. 在弹出的对话框中，可以设置观察点的高度偏移和目标点的高度偏移.

使用该工具在DEM上单击观察点和目标点将产生一条视线，以绿色和红色显示可见的部分和不可见的部分. 可见区域分析是对一个或多个观察点（或线）可以观察到的区域的分析. 其中，线使用端点和顶点作为观察点. 输出栅格具有一个字段，该字段记录可以在每个观察点观察到的网格数量. 单击“表面分析”下的“视域”以显示“计算可视区域”对话框. 选择DEM和包含观察点的要素类，然后定义输出栅格的大小和保存位置. 生成阴影图Hillshade根据假定的入射角和阳光和DEM的高度计算每个网格的照明，并以不同的色调或颜色显示它，以显示地形波动. 默认情况下，向阳侧以浅色调显示，而负侧以暗色调显示. 太阳的入射角（方位角）是顺时针计算的；太阳的高度（高度）是从地面向上计算的. 单击“表面分析”下的希尔斯哈德. 将显示“生成阴影贴图”对话框. 选择DEM，然后可以定义参数，例如太阳方位角，太阳高度和大小，并保存输出网格的位置. 生成高度轮廓高度轮廓显示沿线的高度变化. 使用插值线工具，可以在DEM上画一条线，然后单击“生成高度轮廓”工具，将弹出一个新窗口以显示沿该线的高度轮廓.

您还可以使用选定的3D线要素生成高度轮廓. 创建最陡的路径从高到低移动的对象将遵循最陡的路径，例如水流. 最陡峭的路径实际上是从某个点开始的，并以最大的坡度跟踪相邻的网格，一直到稳定位置（坡度0）或边界. 要产生最陡的路径，需要TIN格式的DEM数据. 单击以生成最陡路径工具. 使用该工具在DEM上单击一个点将产生最陡峭的路径. 计算面积和体积单击“表面分析”下的“面积和体积”以显示面积和体积统计信息对话框. 在对话框中，可以计算高程表面上方或下方的二维面积，表面积和体积. 根据开挖/填充前后的两个DEM数据计算出挖/填充量. 单击“表面分析”下的“切割/填充”. 将显示“计算切割和填充量”对话框. 在对话框中，在剪切/填充之前和之后输入DEM数据，并定义输出栅格的大小和保存位置. 7显示带有多边形填充符号（Grass3）的草. 尺寸越小，纹理越细，并且越大，纹理越粗糙. 1 2 3 * 1 2 1 2使用常数（5）垂直拉伸美国地图以显示基于DEM数据的3D显示（垂直比例因子3）基于Z值的3D显示3点基于城市人口的拉伸显示（[POP1990] * 0.00001）根据建筑物的高度进行表面拉伸显示4 5导入flt 3D模型作为点符号*

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